JPH08296987A - 内部補剛構造体を有する細長熱交換管 - Google Patents
内部補剛構造体を有する細長熱交換管Info
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- JPH08296987A JPH08296987A JP7344348A JP34434895A JPH08296987A JP H08296987 A JPH08296987 A JP H08296987A JP 7344348 A JP7344348 A JP 7344348A JP 34434895 A JP34434895 A JP 34434895A JP H08296987 A JPH08296987 A JP H08296987A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
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- F28F2225/00—Reinforcing means
- F28F2225/04—Reinforcing means for conduits
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 断面が楕円形又はオーバル形又は扁平形の熱
交換管の撓みを防止すること。 【解決手段】 細長熱交換管の内部に補剛構造体を挿入
する。この補剛構造体は、熱交換管管の側壁の外表面に
作用するより圧力と、内表面に作用する圧力との圧力差
による側壁の撓みを防止しし、しかも、補剛構造体の両
側の熱交換管内の分割チャンバー間の流体の流れを可能
にする。熱交換管の断面形状は、楕円形又はオーバル形
又は扁平形であってよい。補剛構造体の断面形状は、規
則的又は不規則ないろいろな形状とすることができる。
交換管の撓みを防止すること。 【解決手段】 細長熱交換管の内部に補剛構造体を挿入
する。この補剛構造体は、熱交換管管の側壁の外表面に
作用するより圧力と、内表面に作用する圧力との圧力差
による側壁の撓みを防止しし、しかも、補剛構造体の両
側の熱交換管内の分割チャンバー間の流体の流れを可能
にする。熱交換管の断面形状は、楕円形又はオーバル形
又は扁平形であってよい。補剛構造体の断面形状は、規
則的又は不規則ないろいろな形状とすることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、熱交換管
に関し、特に、断面形状が楕円形又はオーバル形又は扁
平形の細長熱交換管及びその構造に関する。ここで、
「楕円形」とは、幾何学的に定義された楕円形、即ち、
２定点からの距離の和が一定な点の軌跡である。「オー
バル形」とは、楕円形に類似しているが、必ずしも、幾
何学的に定義された楕円形に一致するものでなく、多少
「楕円形」から逸脱した形状のものを意味する。「扁平
形」の管とは、横断面でみて扁平であり、管の長辺側の
両側壁がほぼ平坦である管のことをいう。
に関し、特に、断面形状が楕円形又はオーバル形又は扁
平形の細長熱交換管及びその構造に関する。ここで、
「楕円形」とは、幾何学的に定義された楕円形、即ち、
２定点からの距離の和が一定な点の軌跡である。「オー
バル形」とは、楕円形に類似しているが、必ずしも、幾
何学的に定義された楕円形に一致するものでなく、多少
「楕円形」から逸脱した形状のものを意味する。「扁平
形」の管とは、横断面でみて扁平であり、管の長辺側の
両側壁がほぼ平坦である管のことをいう。
【０００２】
【従来の技術】在来の熱交換管器は、断面円形で内部に
一体に結合された冷却フィンを有する熱交換管から成る
のが一般的であったが、近年、楕円形又は扁平形の熱交
換管（以下、単に「管」とも称する）を用いた新しい熱
交換器が開発された。それらの管は、エアフォイルに似
た形状とされており、空気の流れ方向に整列するように
配向され、面接合された周縁冷却フィンを有している。
これらの進歩した型の熱交換管は、肉厚が薄く、時には
１０を越える大きな長軸対短軸比（幅対高さ比）を有す
る長円の断面形状を有しているので、最大１．０５Ｋｇ
／ｃｍ2 （１５ｐｓｉ）もの外部圧力差（内部圧より大
きい外部圧の圧力差）を受けると、管の平坦な側壁、特
に側壁の中央部に過度の撓み／変形（撓み及び変形）が
生じる。そのような大きな撓みは循環（周期的）疲労の
原因となり、その結果、管／冷却フィン界面（管と冷却
フィンとの間の界面）において接合破損を起す。従っ
て、このような新しい型の熱交換管の商業ベースでの製
造を可能にするには、扁平形の管の管壁の撓みを軽減又
はなくすための経済的な方法が必要とされることが分か
ってきた。
一体に結合された冷却フィンを有する熱交換管から成る
のが一般的であったが、近年、楕円形又は扁平形の熱交
換管（以下、単に「管」とも称する）を用いた新しい熱
交換器が開発された。それらの管は、エアフォイルに似
た形状とされており、空気の流れ方向に整列するように
配向され、面接合された周縁冷却フィンを有している。
これらの進歩した型の熱交換管は、肉厚が薄く、時には
１０を越える大きな長軸対短軸比（幅対高さ比）を有す
る長円の断面形状を有しているので、最大１．０５Ｋｇ
／ｃｍ2 （１５ｐｓｉ）もの外部圧力差（内部圧より大
きい外部圧の圧力差）を受けると、管の平坦な側壁、特
に側壁の中央部に過度の撓み／変形（撓み及び変形）が
生じる。そのような大きな撓みは循環（周期的）疲労の
原因となり、その結果、管／冷却フィン界面（管と冷却
フィンとの間の界面）において接合破損を起す。従っ
て、このような新しい型の熱交換管の商業ベースでの製
造を可能にするには、扁平形の管の管壁の撓みを軽減又
はなくすための経済的な方法が必要とされることが分か
ってきた。
【０００３】上述した楕円形の熱交換管の構造に関する
多くの米国特許が既に知られているが、上述した撓みの
問題を解決するために何らかのタイプの内部補剛を施す
ことを提案しているものは皆無である。先行米国特許に
おいて楕円形熱交換管に剛性を付与するものとみなすこ
とができる何らかの内部構造がみられるとすれば、それ
は、楕円形熱交換管の内部に別個の内部通路を形成する
構造である。熱交換管の内部に設けられたそれらの内部
通路は、それぞれ別個であり、少くともその管の中では
互いに流体連通していない（互いに流体を連通させる態
様に接続されていない）。
多くの米国特許が既に知られているが、上述した撓みの
問題を解決するために何らかのタイプの内部補剛を施す
ことを提案しているものは皆無である。先行米国特許に
おいて楕円形熱交換管に剛性を付与するものとみなすこ
とができる何らかの内部構造がみられるとすれば、それ
は、楕円形熱交換管の内部に別個の内部通路を形成する
構造である。熱交換管の内部に設けられたそれらの内部
通路は、それぞれ別個であり、少くともその管の中では
互いに流体連通していない（互いに流体を連通させる態
様に接続されていない）。
【０００４】米国特許第５，２５１，６９２号は、ヘッ
ダーと、ヘッダーの間に延設された多数の扁平管を有す
る扁平管型熱交換器を開示している。それらの扁平管
は、平坦な長辺側壁と、丸みを付された短辺側壁を有
し、内部補強リブを備えている。内部補強リブは、扁平
管の外表面と外表面の間の距離Ｄの約１〜２倍の間隔で
互いに離隔されている。
ダーと、ヘッダーの間に延設された多数の扁平管を有す
る扁平管型熱交換器を開示している。それらの扁平管
は、平坦な長辺側壁と、丸みを付された短辺側壁を有
し、内部補強リブを備えている。内部補強リブは、扁平
管の外表面と外表面の間の距離Ｄの約１〜２倍の間隔で
互いに離隔されている。
【０００５】米国特許第５，２７９，３６０号は、内部
に断面ほぼ三角形の複数の流体通路を有する断面楕円形
の多数の扁平管から成る蒸発器を開示している。それら
の通路は、管の両側壁の間に延設された一体のウエブに
よって互いに分離されている。それらのウエブは、個別
の流路を画定するとともに楕円形の管の長辺側壁に沿っ
て曲げ力が及ぼされたとき一方の側壁が他方の側壁に接
近する方向に、又はそれから離れる方向に座屈すること
が内容に管を強化する働きをする。
に断面ほぼ三角形の複数の流体通路を有する断面楕円形
の多数の扁平管から成る蒸発器を開示している。それら
の通路は、管の両側壁の間に延設された一体のウエブに
よって互いに分離されている。それらのウエブは、個別
の流路を画定するとともに楕円形の管の長辺側壁に沿っ
て曲げ力が及ぼされたとき一方の側壁が他方の側壁に接
近する方向に、又はそれから離れる方向に座屈すること
が内容に管を強化する働きをする。
【０００６】米国特許第５，３１８，１１４号は、多数
の平行な扁平管から成る多層型熱交換器を開示してい
る。各扁平管は、管の内部を２つの流体通路に分割する
仕切壁を有している。
の平行な扁平管から成る多層型熱交換器を開示してい
る。各扁平管は、管の内部を２つの流体通路に分割する
仕切壁を有している。
【０００７】米国特許第４，７６６，９５３号は、管型
熱交換器のための多チャンバー構造の、断面楕円形の管
を開示している。少くとも２つの横突条が互いに間隔を
置いて管の内部に形成されている。この管は、無端金属
ストリップを折り曲げることによって、各々、頂角を丸
くされた、底辺が長い二等辺三角形の２つの同形の半製
品を形成し、一方の半製品の底辺を他方の半製品の底辺
に当接させて接合することによって製造される。
熱交換器のための多チャンバー構造の、断面楕円形の管
を開示している。少くとも２つの横突条が互いに間隔を
置いて管の内部に形成されている。この管は、無端金属
ストリップを折り曲げることによって、各々、頂角を丸
くされた、底辺が長い二等辺三角形の２つの同形の半製
品を形成し、一方の半製品の底辺を他方の半製品の底辺
に当接させて接合することによって製造される。
【０００８】米国特許第４，３６０，９５８号は、管を
複数の通路の形に押出成形するのに適さない金属で製造
する、多ポート型熱交換器の製造方法を開示している。
しかしながら、この方法は、管内に通路分割部材を挿入
して接着することによって多重通路を形成する方法であ
る。
複数の通路の形に押出成形するのに適さない金属で製造
する、多ポート型熱交換器の製造方法を開示している。
しかしながら、この方法は、管内に通路分割部材を挿入
して接着することによって多重通路を形成する方法であ
る。
【０００９】米国特許第２，３９６，５２２号は、上側
平坦板金と下側平坦板金を断面円形や正方形のいろいろ
な部材（例えば、ワイヤ等）によって互いに離隔させ、
多数の画室を形成するようにしたラジエータ管の構造を
開示している。
平坦板金と下側平坦板金を断面円形や正方形のいろいろ
な部材（例えば、ワイヤ等）によって互いに離隔させ、
多数の画室を形成するようにしたラジエータ管の構造を
開示している。
【００１０】米国特許第５，２０３，４０３号は、プレ
ートフィン付き熱交換器、特に、円筒形のフィンカラー
に向けられており、乱流を促進し、熱伝達効率を高める
側部突条部分を設けることを教示している。
ートフィン付き熱交換器、特に、円筒形のフィンカラー
に向けられており、乱流を促進し、熱伝達効率を高める
側部突条部分を設けることを教示している。
【００１１】米国特許第５，１８６，２５０号及び５，
１８６，２５１号は、熱交換器のための管及びその製造
方法を開示している。米国特許第５，１８６，２５０号
の管は、その壁自体のＵ字形湾曲部分によって互いに離
隔された１対の平面状の壁から成る扁平管である。別法
として、それらのＵ字形湾曲部分は、ディンプル１６で
構成してもよいとされている。一方、米国特許第５，１
８６，２５１号は、単一のブランクからロール成形法に
よって成形された２列の管から成る熱交換器を開示して
いる。このブランクは、高い内圧に耐えるように管の破
裂強さを高めるために管の対向した両側壁を互いに連結
して支持する、ブランク自体の厚さと同じ厚さの垂直連
結ウエブを有している。この垂直連結ウエブは、又、管
が他の管の間に挿入されたときに受ける圧縮荷重により
圧潰するのを働きをもする。
１８６，２５１号は、熱交換器のための管及びその製造
方法を開示している。米国特許第５，１８６，２５０号
の管は、その壁自体のＵ字形湾曲部分によって互いに離
隔された１対の平面状の壁から成る扁平管である。別法
として、それらのＵ字形湾曲部分は、ディンプル１６で
構成してもよいとされている。一方、米国特許第５，１
８６，２５１号は、単一のブランクからロール成形法に
よって成形された２列の管から成る熱交換器を開示して
いる。このブランクは、高い内圧に耐えるように管の破
裂強さを高めるために管の対向した両側壁を互いに連結
して支持する、ブランク自体の厚さと同じ厚さの垂直連
結ウエブを有している。この垂直連結ウエブは、又、管
が他の管の間に挿入されたときに受ける圧縮荷重により
圧潰するのを働きをもする。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】以上のことから分かる
ように、１０以上の長軸対短軸比を有する楕円形又はオ
ーバル形又は扁平形の熱交換管のための有効な管補剛部
材であり、しかも、流体が熱交換管内で管補剛部材を横
切って流れることができるようにする管補剛部材を求め
る要望がある。本発明は、そのような要望を充足するこ
とを課題とする。
ように、１０以上の長軸対短軸比を有する楕円形又はオ
ーバル形又は扁平形の熱交換管のための有効な管補剛部
材であり、しかも、流体が熱交換管内で管補剛部材を横
切って流れることができるようにする管補剛部材を求め
る要望がある。本発明は、そのような要望を充足するこ
とを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、熱交換管内の
中央に適宜の断面形状の内部補剛管を挿入することによ
って断面が楕円形又はオーバル形又は扁平形の熱交換管
に随伴する上記問題を解決する。この内部補剛管（「補
剛構造体」、「補剛部材」又は「管状部材」とも称す
る）の構造は、熱交換管本体への内部取り付けを容易に
するＴ2 構造体と称される。Ｔ2 補剛部材の断面形状
は、機械的手段、接着剤又は冶金的方法によって取り付
けられるいろいろないろいろな規則的又は不規則的形状
のうちの所望の形状とすることができる。
中央に適宜の断面形状の内部補剛管を挿入することによ
って断面が楕円形又はオーバル形又は扁平形の熱交換管
に随伴する上記問題を解決する。この内部補剛管（「補
剛構造体」、「補剛部材」又は「管状部材」とも称す
る）の構造は、熱交換管本体への内部取り付けを容易に
するＴ2 構造体と称される。Ｔ2 補剛部材の断面形状
は、機械的手段、接着剤又は冶金的方法によって取り付
けられるいろいろないろいろな規則的又は不規則的形状
のうちの所望の形状とすることができる。
【００１４】Ｔ2 補剛部材の非接触（熱交換管の内表面
に接触しない）側壁には、該補剛部材によって分割され
た２つの分割内部チャンバーの間をスチーム、水蒸気及
び、又はガスを自由に通すことができるように複数の孔
又は穴を穿設することができる。Ｔ2 補剛部材は、断面
形状が楕円形又はオーバル形又は扁平形の熱交換管の撓
みを有効に回避するが、それとともに、梁受縦材が飛行
機の翼を補強し補剛するのと同じ態様で熱交換管の強度
及び剛性を高める。
に接触しない）側壁には、該補剛部材によって分割され
た２つの分割内部チャンバーの間をスチーム、水蒸気及
び、又はガスを自由に通すことができるように複数の孔
又は穴を穿設することができる。Ｔ2 補剛部材は、断面
形状が楕円形又はオーバル形又は扁平形の熱交換管の撓
みを有効に回避するが、それとともに、梁受縦材が飛行
機の翼を補強し補剛するのと同じ態様で熱交換管の強度
及び剛性を高める。
【００１５】以上の説明から分かるように、本発明の一
側面は、１０以上の長軸対短軸比（幅対高さ比）を有す
る楕円形又はオーバル形又は扁平形の熱交換管のための
側壁の撓みを防止するための補剛部材を提供することで
ある。
側面は、１０以上の長軸対短軸比（幅対高さ比）を有す
る楕円形又はオーバル形又は扁平形の熱交換管のための
側壁の撓みを防止するための補剛部材を提供することで
ある。
【００１６】本発明の他の側面は、熱交換管を通しての
流体の流れを可能にするように、特に、内部補剛部材が
熱交換管内に挿入されたことによって形成された熱交換
管内の分割内部チャンバー間の流体の流れを可能にする
ようにされた、断面楕円形又はオーバル形又は扁平形の
熱交換管のためののための内部補剛部材を提供すること
である。
流体の流れを可能にするように、特に、内部補剛部材が
熱交換管内に挿入されたことによって形成された熱交換
管内の分割内部チャンバー間の流体の流れを可能にする
ようにされた、断面楕円形又はオーバル形又は扁平形の
熱交換管のためののための内部補剛部材を提供すること
である。
【００１７】
【発明の実施の形態】添付図の各図において、同じ部分
又は同様な機能を有する部分は同じ参照番号で示されて
いる。まず、図１を参照して、楕円形又はオーバル形又
は扁平形の熱交換管を構成する湾曲壁又は平坦壁に作用
する弾性変形の影響を、均一に荷重をかけられたビーム
（梁）１０の撓みを考察することによって説明する。
又は同様な機能を有する部分は同じ参照番号で示されて
いる。まず、図１を参照して、楕円形又はオーバル形又
は扁平形の熱交換管を構成する湾曲壁又は平坦壁に作用
する弾性変形の影響を、均一に荷重をかけられたビーム
（梁）１０の撓みを考察することによって説明する。
【００１８】ビーム１０は、長さＬ（管の長辺側壁の幅
に相当する）を有し、その両端１２において支持され
て、均等に荷重１４を受けている。上面１６に作用する
単位長さ当りの荷重ｗは、ｗ／単位長さで表されてい
る。図に示されるように、最大撓みδは、ビーム１０の
両端間の中点（中心）１８に生じる。この撓みδの大き
さは、既知のビーム撓み分析法から下記の式によって算
出される。 δ＝５ＷＬ4 ／３８４ＥＩ ここで、δ＝ビームの最大撓み Ｗ＝ビームに作用する均一な総荷重 Ｌ＝ビームの長さ Ｅ＝ビームのヤング率 Ｉ＝慣性モメント 従って、ビーム長Ｌを２倍にすると、ビームの中点での
撓みが１６倍になることが分かる。
に相当する）を有し、その両端１２において支持され
て、均等に荷重１４を受けている。上面１６に作用する
単位長さ当りの荷重ｗは、ｗ／単位長さで表されてい
る。図に示されるように、最大撓みδは、ビーム１０の
両端間の中点（中心）１８に生じる。この撓みδの大き
さは、既知のビーム撓み分析法から下記の式によって算
出される。 δ＝５ＷＬ4 ／３８４ＥＩ ここで、δ＝ビームの最大撓み Ｗ＝ビームに作用する均一な総荷重 Ｌ＝ビームの長さ Ｅ＝ビームのヤング率 Ｉ＝慣性モメント 従って、ビーム長Ｌを２倍にすると、ビームの中点での
撓みが１６倍になることが分かる。
【００１９】楕円形又はオーバル形又は扁平形の熱交換
管は、その湾曲壁又は平坦壁を撓んだビームとみなすこ
とによって上記分析法に従って分析することができる。
このことから、撓みを少なくするのに最も重要な要素
は、ビームの実効長さを短くすることであることが分か
る。これは、楕円形又はオーバル形又は扁平形の熱交換
管の湾曲壁又は平坦壁の場合、その製造工程中、ビーム
長Ｌを実効上二分の１にする内部補剛部材又は管状構造
体の形とした撓み防止手段を挿入することによって達成
することができる。この補剛部材は、熱交換管の製造工
程中に形成した管又はロッドであってよく、それを楕円
形又はオーバル形又は扁平形の熱交換管の内部に挿入す
ることができる。管内管（Ｔ2 ）（即ち、内部補剛部
材）の故に、中心部における側壁の撓みを実効上ゼロに
減少することができ、管内管の存在によって二分の１の
長さとされた各ビームセクションの中心における最大撓
みは、管内管を挿入する前の元のビームの中心における
最大撓みの１６分の１になる。
管は、その湾曲壁又は平坦壁を撓んだビームとみなすこ
とによって上記分析法に従って分析することができる。
このことから、撓みを少なくするのに最も重要な要素
は、ビームの実効長さを短くすることであることが分か
る。これは、楕円形又はオーバル形又は扁平形の熱交換
管の湾曲壁又は平坦壁の場合、その製造工程中、ビーム
長Ｌを実効上二分の１にする内部補剛部材又は管状構造
体の形とした撓み防止手段を挿入することによって達成
することができる。この補剛部材は、熱交換管の製造工
程中に形成した管又はロッドであってよく、それを楕円
形又はオーバル形又は扁平形の熱交換管の内部に挿入す
ることができる。管内管（Ｔ2 ）（即ち、内部補剛部
材）の故に、中心部における側壁の撓みを実効上ゼロに
減少することができ、管内管の存在によって二分の１の
長さとされた各ビームセクションの中心における最大撓
みは、管内管を挿入する前の元のビームの中心における
最大撓みの１６分の１になる。
【００２０】図２及び３、及び、後述する図４におい
て、熱交換管２０の長さは、図の平面（紙面）にして垂
直方向に延長しているものとする。従って、図２〜４
は、管２０の長手即ち軸線に垂直な横断面図である。図
２及び３にみられるように、側壁肉厚ｔを有し、常態に
おいて１０以上の長さＬ対高さＨ比を有する楕円形又は
オーバル形又は扁平形の熱交換管２０の側壁１７は、そ
の外表面１９に作用するより大きい圧力Ｐ2 と、外表面
１９に対向する内表面に作用する管内のより小さい圧力
Ｐ 1との圧力差△Ｐ＝Ｐ2 −Ｐ 1により中点（側壁１７
の左右両側縁の間の中点）２２において距離δだけ大き
く撓む。このような大きな撓みは、循環疲労を起し、そ
の結果、管２０の側壁１７とそれに接合されたフィン２
５との間の界面２４に接合破損を起す。元の楕円形の管
２０の輪郭は、図２及び３に破線２１で示されており、
元のオーバル形又は扁平形の管２０の輪郭は、図３に破
線２３で示されている。熱交換管２０の素材及び肉厚
は、その作動条件によって決定されるが、通常、熱交換
管２０は、炭素鋼製とし、肉厚は０．０６０〜０．０８
０ｉｎ（１．５２４〜２．０３２ｍｍ）とする。
て、熱交換管２０の長さは、図の平面（紙面）にして垂
直方向に延長しているものとする。従って、図２〜４
は、管２０の長手即ち軸線に垂直な横断面図である。図
２及び３にみられるように、側壁肉厚ｔを有し、常態に
おいて１０以上の長さＬ対高さＨ比を有する楕円形又は
オーバル形又は扁平形の熱交換管２０の側壁１７は、そ
の外表面１９に作用するより大きい圧力Ｐ2 と、外表面
１９に対向する内表面に作用する管内のより小さい圧力
Ｐ 1との圧力差△Ｐ＝Ｐ2 −Ｐ 1により中点（側壁１７
の左右両側縁の間の中点）２２において距離δだけ大き
く撓む。このような大きな撓みは、循環疲労を起し、そ
の結果、管２０の側壁１７とそれに接合されたフィン２
５との間の界面２４に接合破損を起す。元の楕円形の管
２０の輪郭は、図２及び３に破線２１で示されており、
元のオーバル形又は扁平形の管２０の輪郭は、図３に破
線２３で示されている。熱交換管２０の素材及び肉厚
は、その作動条件によって決定されるが、通常、熱交換
管２０は、炭素鋼製とし、肉厚は０．０６０〜０．０８
０ｉｎ（１．５２４〜２．０３２ｍｍ）とする。
【００２１】図４に示されるように、本発明によれば、
熱交換管２０の製造工程中に、管２０のビーム長を実効
上二分の１にする断面正方形、長方形、円形又はその他
の形状の内部補剛管２６を熱交換管２０内に挿入するこ
とによって管２０の機能を損なうことなく管２０の上記
撓みδを回避することができる。この補剛管２６は、熱
交換管の中点２２において補剛管２６の面２８を熱交換
管の内表面３０に接合する機械的手段、接着剤又は冶金
的方法によって熱交換管の側壁１７に接合することがで
きる。補剛管２６の素材及び肉厚は、その作動条件によ
って決定されるが、通常、熱交換管２０と同じにする。
熱交換管２０の製造工程中に、管２０のビーム長を実効
上二分の１にする断面正方形、長方形、円形又はその他
の形状の内部補剛管２６を熱交換管２０内に挿入するこ
とによって管２０の機能を損なうことなく管２０の上記
撓みδを回避することができる。この補剛管２６は、熱
交換管の中点２２において補剛管２６の面２８を熱交換
管の内表面３０に接合する機械的手段、接着剤又は冶金
的方法によって熱交換管の側壁１７に接合することがで
きる。補剛管２６の素材及び肉厚は、その作動条件によ
って決定されるが、通常、熱交換管２０と同じにする。
【００２２】補剛管２６を挿入したことによって熱交換
管２０の側壁１７の（左右両側縁間の）中心における撓
みは、実効上ゼロに減少される。正確にいえば、熱交換
管２０の側壁１７の補剛管２６によって二分された２つ
の二分の一ビームセクションの各々の中心における撓み
は、元の熱交換管（補剛管が挿入されていない管）の側
壁（補剛管が挿入されている管の側壁の２倍のビーム長
を有する）の中心における撓みの僅か１／１６である。
図４及び５に示されるように、内部補剛管２６の非接触
（熱交換管の内表面３０に接触しない）側壁３４には、
補剛管２６によって分割された２つの分割内部チャンバ
ー又は領域３６の間をスチーム、水蒸気及び、又はガス
を自由に通すことができるように複数の孔又は穴３２を
穿設することができる。
管２０の側壁１７の（左右両側縁間の）中心における撓
みは、実効上ゼロに減少される。正確にいえば、熱交換
管２０の側壁１７の補剛管２６によって二分された２つ
の二分の一ビームセクションの各々の中心における撓み
は、元の熱交換管（補剛管が挿入されていない管）の側
壁（補剛管が挿入されている管の側壁の２倍のビーム長
を有する）の中心における撓みの僅か１／１６である。
図４及び５に示されるように、内部補剛管２６の非接触
（熱交換管の内表面３０に接触しない）側壁３４には、
補剛管２６によって分割された２つの分割内部チャンバ
ー又は領域３６の間をスチーム、水蒸気及び、又はガス
を自由に通すことができるように複数の孔又は穴３２を
穿設することができる。
【００２３】先に述べたように、Ｔ2 補剛部材の断面
は、いろいろな規則的又は不規則的形状のうちの所望の
形状とすることができ、機械的手段、接着剤又は冶金的
方法によって熱交換管の側壁１７に接合することができ
る。図６〜１１は、熱交換管２０内に挿入されたＴ2 補
剛管２６の幾つかの断面形状の例を示す。便宜上、図６
〜１１に示された管は扁平形状のものとされているが、
楕円又はオーバル形の管であっても、図６〜１１に示さ
れたようないろいろな断面形状の内部補剛構造体を用い
ることができることはいうまでもない。
は、いろいろな規則的又は不規則的形状のうちの所望の
形状とすることができ、機械的手段、接着剤又は冶金的
方法によって熱交換管の側壁１７に接合することができ
る。図６〜１１は、熱交換管２０内に挿入されたＴ2 補
剛管２６の幾つかの断面形状の例を示す。便宜上、図６
〜１１に示された管は扁平形状のものとされているが、
楕円又はオーバル形の管であっても、図６〜１１に示さ
れたようないろいろな断面形状の内部補剛構造体を用い
ることができることはいうまでもない。
【００２４】図６は、孔又は穴３２を有する断面円形の
内部補剛管２６を示す。図７は、孔又は穴３２を有する
断面六角形の内部補剛管２６を示す。図８は、孔又は穴
３２を有する断面長方形で、四隅３８を丸くされている
内部補剛管２６を示す。図９は、孔又は穴３２を有する
断面８の字形状の内部補剛管２６を示す。この補剛管
は、その全長に亙って延長し、孔３２によって相互に流
体連通し、かつ、チャンバー３６とも流体連通した２つ
の内部通路４０を有している。図１０は、孔又は穴３２
を有する断面三角形の内部補剛管２６を示す。図１１
は、断面円形の中央部分４２と、その両側に連結された
２つの側方に突出したＴ字形側部フランジ４４を有する
内部補剛管２６を示す。先の各実施例の場合と同様に、
内部補剛管２６を挿入したことによって形成された分割
内部チャンバー３６，４６を孔３２によって相互に流体
連通するために適当な孔又は穴３２が本体部分４２及び
フランジ４４に穿設されている。
内部補剛管２６を示す。図７は、孔又は穴３２を有する
断面六角形の内部補剛管２６を示す。図８は、孔又は穴
３２を有する断面長方形で、四隅３８を丸くされている
内部補剛管２６を示す。図９は、孔又は穴３２を有する
断面８の字形状の内部補剛管２６を示す。この補剛管
は、その全長に亙って延長し、孔３２によって相互に流
体連通し、かつ、チャンバー３６とも流体連通した２つ
の内部通路４０を有している。図１０は、孔又は穴３２
を有する断面三角形の内部補剛管２６を示す。図１１
は、断面円形の中央部分４２と、その両側に連結された
２つの側方に突出したＴ字形側部フランジ４４を有する
内部補剛管２６を示す。先の各実施例の場合と同様に、
内部補剛管２６を挿入したことによって形成された分割
内部チャンバー３６，４６を孔３２によって相互に流体
連通するために適当な孔又は穴３２が本体部分４２及び
フランジ４４に穿設されている。
【００２５】
【発明の効果】叙上のように、本発明のＴ2 内部補剛構
造体は、熱交換管の機能を損なうことなく、比較的薄肉
の管に通常ならば生じる撓みを回避することができるの
で、製造コストが安く、しかも、熱伝達を良好にするた
めに薄肉にした断面楕円形、オーバル形又は扁平形の熱
交換管を提供することができる。
造体は、熱交換管の機能を損なうことなく、比較的薄肉
の管に通常ならば生じる撓みを回避することができるの
で、製造コストが安く、しかも、熱伝達を良好にするた
めに薄肉にした断面楕円形、オーバル形又は扁平形の熱
交換管を提供することができる。
【００２６】以上、本発明を実施形態に関連して説明し
たが、本発明は、ここに例示した実施形態の構造及び形
状に限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲か
ら逸脱することなく、いろいろな実施形態が可能であ
り、いろいろな変更及び改変を加えることができること
を理解されたい。本発明のある種の実施形態において
は、本発明の幾つかの特徴を他の特徴と組み合わせずに
用いるのが有利な場合もある。
たが、本発明は、ここに例示した実施形態の構造及び形
状に限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲か
ら逸脱することなく、いろいろな実施形態が可能であ
り、いろいろな変更及び改変を加えることができること
を理解されたい。本発明のある種の実施形態において
は、本発明の幾つかの特徴を他の特徴と組み合わせずに
用いるのが有利な場合もある。
【図１】図１は、一表面に沿って均等に及ぼされた荷重
の下で撓曲するビームの説明図である。
の下で撓曲するビームの説明図である。
【図２】図２は、１０以上の長軸対短軸比を有する長
円、楕円又は扁平形の断面形状を有する管の横断面図で
ある。
円、楕円又は扁平形の断面形状を有する管の横断面図で
ある。
【図３】図３は、図２と同様な横断面図であるが、図２
の管がその長辺の一側壁に沿って差圧△Ｐ＝Ｐ2 −Ｐ1
を受けたときの管の撓みを示す。
の管がその長辺の一側壁に沿って差圧△Ｐ＝Ｐ2 −Ｐ1
を受けたときの管の撓みを示す。
【図４】図４は、図３の同様な横断面図であるが、図３
の管に本発明による内部Ｔ2 補剛部材が挿入された場合
を示す。
の管に本発明による内部Ｔ2 補剛部材が挿入された場合
を示す。
【図５】図５は、図４の矢印５−５に沿ってみた本発明
のＴ2 補剛部材の断面図であり、図を分かり易くするた
めにフィンを除去して示されている。
のＴ2 補剛部材の断面図であり、図を分かり易くするた
めにフィンを除去して示されている。
【図６】図６は、熱交換器の内部に装着された本発明の
別の実施例によるＴ2 補剛部材の横断面図である。
別の実施例によるＴ2 補剛部材の横断面図である。
【図７】図７は、熱交換器の内部に装着された本発明の
更に別の実施例によるＴ2 補剛部材の横断面図である。
更に別の実施例によるＴ2 補剛部材の横断面図である。
【図８】図８は、熱交換器の内部に装着された本発明の
更に別の実施例によるＴ2 補剛部材の横断面図である。
更に別の実施例によるＴ2 補剛部材の横断面図である。
【図９】図９は、熱交換器の内部に装着された本発明の
更に別の実施例によるＴ2 補剛部材の横断面図である。
更に別の実施例によるＴ2 補剛部材の横断面図である。
【図１０】図１０は、熱交換器の内部に装着された本発
明の更に別の実施例によるＴ2 補剛部材の横断面図であ
る。
明の更に別の実施例によるＴ2 補剛部材の横断面図であ
る。
【図１１】図１１は、熱交換器の内部に装着された本発
明の更に別の実施例によるＴ2 補剛部材の横断面図であ
る。
明の更に別の実施例によるＴ2 補剛部材の横断面図であ
る。
１７：側壁 １９：外表面 ２０：熱交換管 ２２：中点 ２５：フィン ３０：内表面 ３２：孔又は穴 ３４：非接触側壁 ３６：分割内部チャンバー ３８：丸みを付された隅 ４０：内部通路 ４２：円形中央部分 ４４：側部フランジ
Claims (16)
- 【請求項１】 管の側壁の外表面に作用するより第１圧
力と、管の側壁の内表面に作用する、第１圧力とは異な
る第２圧力との圧力差によって惹起される側壁の撓みに
対する抵抗を高めるようにされた熱交換管であって、 前記圧力差による側壁の撓みを防止するための撓み防止
手段が、該熱交換管内に挿入されて熱交換管の内表面に
固定されており、該撓み防止手段は、それが熱交換管内
に挿入されたことによって形成された熱交換管内の分割
内部チャンバー間の流体の流れを妨害しないようになさ
れていることを特徴とする熱交換管。 - 【請求項２】 前記撓み防止手段は、該熱交換管内に装
着された管状構造体を含み、該管状構造体は、熱交換管
の全長に亙って延長しており、熱交換管内の流体が前記
分割内部チャンバーの間で該管状構造体を貫通して通流
するのを可能にする複数の孔を有していることを特徴と
する請求項１に記載の熱交換管。 - 【請求項３】 １０以上の幅対高さ比を有することを特
徴とする請求項２に記載の熱交換管。 - 【請求項４】 前記管状構造体は、該熱交換器の側壁の
中点のところで長手に沿って延長していることを特徴と
する請求項２に記載の熱交換管。 - 【請求項５】 前記管状構造体は、断面ほぼ長方形であ
ることを特徴とする請求項４に記載の熱交換管。 - 【請求項６】 前記管状構造体は、断面ほぼ長方形であ
り、該熱交換管の対向した両側壁の内表面に取り付けら
れた第１対の対向した側壁と、流体が該管状構造体の両
側の前記分割内部チャンバーの間で該管状構造体を貫通
して通流するのを可能にする複数の孔を備えた第２対の
対向側壁を有していることを特徴とする請求項２に記載
の熱交換管。 - 【請求項７】 前記管状構造体は、断面ほぼ円形である
ことを特徴とする請求項２に記載の熱交換管。 - 【請求項８】 前記管状構造体は、断面ほぼ六角形であ
ることを特徴とする請求項２に記載の熱交換管。 - 【請求項９】 前記管状構造体は、４隅に丸みが付され
た、断面ほぼ長方形であることを特徴とする請求項２に
記載の熱交換管。 - 【請求項１０】 前記管状構造体は、断面ほぼ８の字形
であることを特徴とする請求項２に記載の熱交換管。 - 【請求項１１】 前記管状構造体は、断面ほぼ三角形で
あることを特徴とする請求項２に記載の熱交換管。 - 【請求項１２】 前記管状構造体は、円形の中央部分
と、その両側に突出した２つのＴ字形側部フランジを有
する複合形状であることを特徴とする請求項２に記載の
熱交換管。 - 【請求項１３】 外表面に複数のフィンを付設されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の熱交換管。 - 【請求項１４】 断面が楕円形であることを特徴とする
請求項１に記載の熱交換管。 - 【請求項１５】 断面が長円形であることを特徴とする
請求項１に記載の熱交換管。 - 【請求項１６】 扁平形であることを特徴とする請求項
１に記載の熱交換管。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US353939 | 1989-05-19 | ||
| US08/353,939 US5511613A (en) | 1994-12-12 | 1994-12-12 | Elongated heat exchanger tubes having internal stiffening structure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08296987A true JPH08296987A (ja) | 1996-11-12 |
| JP2895432B2 JP2895432B2 (ja) | 1999-05-24 |
Family
ID=23391233
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7344348A Expired - Lifetime JP2895432B2 (ja) | 1994-12-12 | 1995-12-06 | 内部に管状組立品を有する熱交換管 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5511613A (ja) |
| EP (1) | EP0717251A3 (ja) |
| JP (1) | JP2895432B2 (ja) |
| CA (1) | CA2164930C (ja) |
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